Înțelegerea vibrațiilor laterale în mașinile rotative
Definiție: Ce este vibrația laterală?
Vibrații laterale (numită și vibrație radială sau vibrație transversală) se referă la mișcarea unui arbore rotativ perpendiculară pe axa sa de rotație. În termeni simpli, este mișcarea laterală sau în sus și în jos a arborelui în timp ce se rotește. Vibrația laterală este cel mai comun tip de vibrații în mașinile rotative și este de obicei cauzată de forțe radiale, cum ar fi dezechilibra, nealiniere, arbori îndoiți sau defecte ale rulmenților.
Înțelegerea vibrațiilor laterale este fundamentală pentru dinamica rotorului deoarece reprezintă modul principal de vibrație pentru majoritatea echipamentelor rotative și este punctul central al majorității monitorizării vibrațiilor și echilibrare activități.
Direcție și măsurare
Vibrația laterală se măsoară în planul perpendicular pe axa arborelui:
Sistem de coordonate
- Direcție orizontală: Mișcare laterală paralelă cu solul
- Direcție verticală: Mișcare în sus și în jos perpendiculară pe sol
- Direcție radială: Orice direcție perpendiculară pe axa arborelui (o combinație de orizontală și verticală)
Locații de măsurare
Vibrația laterală este de obicei măsurată la:
- Carcase de rulmenți: Utilizarea accelerometrelor sau a traductoarelor de viteză montate pe capace de lagăre sau piedestaluri
- Suprafața arborelui: Utilizarea sondelor de proximitate fără contact pentru măsurarea directă a mișcării arborelui
- Orientări multiple: Măsurătorile atât în direcție orizontală, cât și verticală oferă o imagine completă a mișcării laterale
Cauzele principale ale vibrațiilor laterale
Vibrațiile laterale pot apărea din numeroase surse, fiecare producând semnături vibraționale caracteristice:
1. Dezechilibru (cel mai frecvent)
Dezechilibra este cea mai frecventă cauză a vibrațiilor laterale. O distribuție asimetrică a masei creează o forță centrifugă de rotație care produce:
- Frecvența vibrațiilor este de 1X (o dată pe rotație)
- Relativ stabil fază relaţie
- Amplitudinea este proporțională cu pătratul vitezei
- Circulară sau eliptică orbita arborelui
2. Nealiniere
Nealinierea arborelui între mașinile cuplate creează forțe laterale:
- Vibrații în principal de 2X (de două ori pe rotație)
- Poate excita și armonice de 1X sau mai mari
- Adesea prezintă și o componentă axială ridicată
- Relațiile de fază diferă de dezechilibru
3. Arbore îndoit sau curbat
Un arbore permanent îndoit sau arcuit creează o excentricitate geometrică:
- Vibrații 1X care pot părea similare cu dezechilibrul
- Vibrații ridicate chiar și la viteze mici de rulare
- Dificil de corectat doar prin echilibrare
4. Defecte ale rulmenților
Rulment cu element de rostogolire Defectele produc vibrații laterale caracteristice:
- Componente de înaltă frecvență (frecvențe de defecte ale rulmenților)
- Modulat de frecvențe mai joase, creând benzi laterale
- Adesea necesită analiza anvelopei pentru detectare
5. Slăbire mecanică
Lagărele, fundațiile sau șuruburile de montare slăbite creează:
- Armonice multiple (1X, 2X, 3X etc.)
- Răspuns neliniar la forțare
- Vibrații neregulate sau instabile
6. Frecare rotor-stator
Contactul dintre piesele rotative și cele staționare generează:
- Componente subsincrone
- Schimbări bruște ale amplitudinii și fazei vibrațiilor
- Posibilă curbură termică
Vibrații laterale vs. alte tipuri de vibrații
Mașinile rotative pot experimenta vibrații în trei direcții principale:
Vibrații laterale (radiale)
- Direcţie: Perpendicular pe axa arborelui
- Cauze tipice: Dezechilibru, nealiniere, arbore îndoit, defecte ale rulmentului
- Măsurare: Accelerometre sau senzori de viteză pe carcasele rulmenților; sonde de proximitate pe arbore
- Dominanță: De obicei, componenta vibrației cu cea mai mare amplitudine
Vibrații axiale
- Direcţie: Paralel cu axa arborelui
- Cauze tipice: Nealiniere, probleme cu rulmenții axiali, probleme cu fluxul de proces
- Măsurare: Accelerometre montate axial
- Dominanță: De obicei, amplitudine mai mică decât laterală, dar diagnostică pentru anumite defecte
Vibrații torsionale
- Direcţie: Mișcarea de răsucire în jurul axei arborelui
- Cauze tipice: Probleme cu angrenajul, probleme electrice cu motorul, probleme cu cuplajul
- Măsurare: Necesită senzori specializați de vibrații torsionale sau tensometre
- Dominanță: De obicei mici, dar pot cauza defecțiuni prin oboseală
Moduri de vibrații laterale și viteze critice
În dinamica rotorului, modurile de vibrații laterale descriu modelele caracteristice de deformare ale arborelui:
Primul mod lateral
- Formă simplă de îndoire (arc simplu sau arcuire)
- Cea mai mică frecvență naturală
- Cel mai ușor de excitat de dezechilibru
- Primul viteză critică corespunde acestui mod
Al doilea mod lateral
- Deformare în formă de S cu un punct nodal
- Frecvență naturală mai mare
- A doua viteză critică
- Important pentru rotoare flexibile
Moduri laterale superioare
- Forme din ce în ce mai complexe cu noduri multiple
- Relevant doar pentru rotoarele cu viteză foarte mare sau foarte flexibile
- Poate fi excitat de trecerea lamei sau de alte excitații de înaltă frecvență
Măsurare și monitorizare
Parametri de măsurare
Vibrațiile laterale sunt caracterizate de mai mulți parametri:
- Amplitudine: Magnitudinea mișcării, măsurată în deplasare (µm, mils), viteză (mm/s, in/s) sau accelerație (g, m/s²)
- Frecvenţă: De obicei, viteza de funcționare este de 1X pentru vibrații dominate de dezechilibru, dar poate include armonice și alte frecvențe
- Faza: Momentul deplasării maxime față de un marcaj de referință de pe arbore
- Orbită: Traiectoria reală trasată de centrul arborelui, văzută din capăt
Standarde de măsurare
Standardele internaționale oferă îndrumări pentru nivelurile acceptabile de vibrații laterale:
- Seria ISO 20816: Limite de vibrații pentru diferite tipuri de mașini în funcție de viteza RMS
- API 610, 617, 684: Standarde specifice industriei pentru pompe, compresoare și dinamica rotorului
- Zone de severitate: Definiți nivelurile acceptabile, de precauție și de alarmă în funcție de tipul și dimensiunea echipamentului
Control și atenuare
Echilibrarea
Echilibrarea este principala metodă de reducere a vibrațiilor laterale cauzate de dezechilibru:
- Echilibrare pe un singur plan pentru rotoare de tip disc
- Echilibrarea pe două planuri pentru majoritatea rotoarelor industriale
- Echilibrarea modală pentru rotoare flexibile care funcționează peste viteze critice
Aliniere
Alinierea precisă a arborilor reduce forțele laterale cauzate de nealiniere:
- Instrumente de aliniere cu laser pentru poziționarea precisă a arborelui
- Luarea în considerare a creșterii termice în procedurile de aliniere
- Corecția piciorului moale înainte de aliniere
Amortizare
Amortizare controlează amplitudinile vibrațiilor laterale, în special la viteze critice:
- Rulmenții cu peliculă fluidă oferă o amortizare semnificativă
- Amortizoare cu film comprimabil pentru control suplimentar
- Tratamente de amortizare a structurii de susținere
Modificarea rigidității
Schimbarea rigidității sistemului deplasează viteze critice:
- Creșterea diametrului arborelui duce la creșterea vitezelor critice
- Reducerea deschiderii rulmentului crește prima viteză critică
- Rigidizarea fundației afectează răspunsul general al sistemului
Importanța diagnostică
Analiza vibrațiilor laterale este piatra de temelie a diagnosticării utilajelor:
- În tendințe: Monitorizarea vibrațiilor laterale în timp relevă probleme în curs de dezvoltare
- Identificarea defecțiunilor: Frecvența și modelul vibrațiilor identifică tipuri specifice de defecte
- Evaluarea severității: Amplitudinea în comparație cu standardele indică gravitatea problemei
- Verificarea echilibrului: Reducerea vibrațiilor laterale confirmă echilibrarea reușită
- Întreținere bazată pe condiții: Nivelurile de vibrații declanșează acțiuni de întreținere
Gestionarea eficientă a vibrațiilor laterale este esențială pentru funcționarea fiabilă și pe termen lung a mașinilor rotative, ceea ce o face un punct central al programelor de monitorizare a vibrațiilor, al strategiilor de întreținere predictivă și al considerațiilor privind proiectarea dinamică a rotorului.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 